Страничная модель защищенных режимов i386...x64

Примечания:

Логический адрес

63

48 47

39 38

30 29

21 20

12 11

0

- Размер линейного адреса L бит.

- Линейный адрес разбивается на:

15

0

31

0

<signs>

#PML4E#PDPTE

смещение

- младшие P бит — смещение на странице.

SSSS :

OOOO OOOO

<signs>

#PML4E#PDPTE #PDE

смещение

- несколько (k) частей, длиной не более N бит каждая,

<signs>

#PML4E#PDPTE #PDE

#PTE

смещение

задающие индексы в иерархических таблицах страниц.

(селектор)

#PDE

#PTE

смещение

- Размер страницы 2P байт.

Сегментное

Таблица

31

22 21

12 11

0

- Размер физического адреса M бит.

#PDE

смещение

преобразование

4го уровня

Таблица

Большая

- На одной странице размещается 2 *8/M записей PTE; т.е.

#PDE

#PTE

смещение

страница

1G

N=log2(2

P

*8/M).

указателей

данных

Линейный адрес

PML4E

на каталоги

10

10

12

- все страницы начинаются на границе, кратной размеру

0

данные

страницы (т.е. младшие P битов PTE,PDE и т.п. записей не

63

47 32

23

PDPTE

используются для задания адреса кадра).

SSSS FFFF FFFF FFFF

Каталог

Для i80386 (Pentium без PAE и без PSE-36)

Большая

страниц

страница

L=32, M=32, k=2, N=10, P=12

Страничное

63

52 51

32 31

12 11

0

PDE

данных 4/2M

0

CR3 каталог страниц

?

страница 4K, формат линейного адреса 10-10-12

преобразование

данные

большая страница 4M; формат 10-22

PAE

каталог страниц xx000

Для Pentium с включенным PAE

Таблица

каталог страниц

?

PCDPWT

Большая

Физический адрес

страниц

L=32, M=64 (используется 36), k=3, N=9, P=12

0

0

CR0

MSW

страница

4K

63

51

данных

страница 4K, формат 2-9-9-12

000F FFFF FFFF FFFF

31

30

29 28

... 19

18 17

16

15

...

6

5

4

3

2

1

0

PTE

большая страница 2M, формат 2-9-21

4 PB

данные

Для x64

PG

CD

NW ...

AM -

WP - -

-

- -

-

NE

ET

TS

EM MP PE

PG=1 страничный режим

L=64 (исп. 48), M=64 (исп. 52), k=4, N=9, P=12

страница 4K,формат 9-9-9-9-12

CR2 адрес страничного отказа

страница 2M, формат 9-9-9-21

страница 1G, формат 9-9-30

0

CR4

Адрес кадра страницы

+

Атрибуты PTE, PDE, PDPTE, PML4E

31

30

...

6

5

4

3

2

1

0

Смещение на странице

P

1: признак присутствия в ОЗУ

–

...

–

PAE PSE

–

–

–

–

R/W 1: страница доступна для изменения

режим PAE разрешен

флаг PDE.PS разрешен

Физический адрес

U/S 1: страница доступна только из нулевого кольца

PWT 1: кэш должен использовать сквозную запись

PTE, 4K

63

62

52 51

40 39

36 35

32 31

22 21

20

17 16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 1

0

PCD

1: запрещено кэширование этой страницы

Адрес кадра

IA-32

PAT

1: использовать PCD-PWT как индекс атрибутов

0 . . . 0

Адрес кадра

Avl

G

PAT

D

A

PCD PWT U/S R/W

P

IA-32 + PAE

A

1: было обращение

EXB

Avl

< . . . >

Адрес кадра

x64

D

1: страница была изменена

63

62

52 51

40 39

36 35

32 31

22 21

20

17 16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 1

0

PDE

PS

1: признак большой страницы (2M, 4M, 1G)

Адрес кадра

IA-32

G

1: глобальная таблица (запись сохраняется в TLB)

0 . . . 0

Адрес кадра

Avl

G

PS

D

A

PCD PWT U/S R/W

P

IA-32 + PAE

EXB

1: запрет исполнения

EXB

Avl

< . . . >

Адрес кадра

=0

x64

AVL 1: доступны для разработчиков

63

62

52 51

40 39

36 35

32 31

22 21

20

17 16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 1

0

PDE, страница 4/2M

<...> биты адреса используются конкретными процессорами

Длина

Адрес кадра

0 . . . 0

IA-32

CR0

CR4

CR4

MSR

PDE

PDPTE

Платформа

Размер

Адрес кадра 31..22

0 . . . 0

Адрес 35...32

PAT

Avl

G

PS

D

A

PCD PWT U/S R/W

P

IA-32 + PSE36

PG

PSE

PAE

LME

PS

PS

и режим

страницы

адреса

0 . . . 0

Адрес кадра

0 . . . 0

=1

IA-32 + PAE

0

x

x

x

x

x

i8086

откл.

EXB

Avl

< . . . >

Адрес кадра

0 . . . 0

x64

1

0

0

x

0

x

386

4K

32

63

62

52 51

40 39

36 35

32 31

22 21

20

17 16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 1

0

PDPTE

1

1

0

x

0

x

586

4K

32

0 . . . 0

Адрес кадра

Avl

G

PAT

D

A

PCD PWT U/S R/W

P

IA-32 + PAE

1

1

0

x

1

x

586 PS

4M

32

EXB

Avl

< . . . >

Адрес кадра

1

1

0

x

1

x

586 PSE36

4M

36

x64

63

62

52 51

40 39

36 35

32 31

30 29

22 21

20

17 16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 1

0

PDPTE, страница 1G

1

1

1

x

0

0

586 PAE

4K

36

EXB

Avl

< . . . >

Адрес кадра

0 . . . 0

Avl

G

PS

D

A

PCD PWT U/S R/W

P

x64

1

1

1

x

1

0

586 PAE PS

2M

36

=1

PML4E

1

1

1

1

0

0

x64

4K

52

63

62

52 51

40 39

36 35

32 31

30 29

22 21

20

17 16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 1

0

1

1

1

1

1

0

x64 PS

2M

52

EXB

Avl

< . . . >

Адрес кадра

Avl

G

PS

D

A

PCD PWT U/S R/W

P

x64

1

1

1

1

x

1

x64 PS

1G

52

Соглашения о вызовах C/C++ (платформы IA-32, x64)

#ifdef __cplusplus

Различия C и C++:

В традиционном соглашении о вызовах языка C принято:

extern «C» {

а) передача аргументов через стек, справа-налево (первый аргумент размещается в стеке последним)

#endif

б) освобождение фрейма от аргументов выполняет вызывающий код

int __cdecl test(int x)

в) декорирование имен сводится к добавлению прочерка перед именем функции (т.е. _main и т.п.)

{

В случае C++ необходима поддержка перегрузки функций, поэтому используются сложные схемы декорирования имен, сохраняющие

/* ... */

информацию о пространстве имен, классе, типе возвращаемого результата и списке аргументов функции. Для экземплярных методов

}

классов используется неявный аргумент (обычно первый) — указатель this.

#ifdef __cplusplus

Ключевое слово extern задает умолчания, применяемые в программе («C» или «CPP»); а также влияет на декорирование имен.

}

Явное задание соглашения при описании функции влияет на способ передачи аргументов, но зачастую не влияет на декорирование.

#endif

Точное задание соглашение и декорирования — использование extern и модификаторов соглашения (cdecl, stdcall, fastcall).

Различия между разными платформами и компиляторами:

Компиляторы строго придерживаются принятых соглашений о вызовах только для функций, доступных из внешних модулей. Оптимизатор часто изменяет соглашение,

принятое для локальных функций в части упрощения фрейма процедуры, передачи аргументов через регистры и использования регистров.

Microsoft-совместимые

GCC

IA-32

x64

IA-32 /__attribute__((соглашение))/

x64

(default)

__cdecl

__stdcall

__fastcall

(default)

cdecl

stdcall

fastcall

сохраняемые

EBX, EBP, ESI, EDI

RBX, RBP,

EBX, EBP, ESI, EDI

RBX, RBP,

регистры

RSI, RDI,

R12-R15

R12-R15,

XMM6-XMM15

передача

[this в ECX]

стек

стек

ECX

RCX / XMM0

[this в стек]

стек

стек

ECX

RDI, RSI,

аргументов

стек

EDX

RDX / XMM1

стек

EDX

RCX, RDX,

(в стек:

стек

R8 / XMM2

стек

R8, R9,

справа-налево)

R9 / XMM3

XMM0-XMM7

стек

стек

освобождение

вызывающий вызывающий

функция

функция

вызывающий

вызывающий

вызывающий

функция

функция

вызывающий

стека от

аргументов

EAX, EDX

RAX

EAX, EDX

RAX, RDX

возврат

значений

ST(0)

XMM0

ST(0)

ST(0), ST(1)

возврат

стек по указателю, переданном вызывающим кодом в неявном аргументе

XMM0, XMM1

структур

(в C++ сопровождается неявным вызовом конструкторов копирования/деструкторов)

Формирование фрейма функции:

сохранение регистров

Способы передачи аргументов в стеке:

push

%ebp

...

...

mov

%esp,

резервирование

sub

$XX, %esp

sub

$XX+max(N)*4, %esp

push

%esi

пространства

...

...

sub

$XX, %esp

под локальные

push

argN

mov

argN, 4*(N-1)(%esp)

...

-4(%ebp), %esp

переменные

...

arg1

...

arg1, (%esp)

leal

push

mov

pop

%esi

освобождение

call

_function

call

_function

pop

%ebp

фрейма

add

$4*N, %esp

...

ret

[NN]

от переменных

...

leal

-4(%ebp), %esp

памяти будет занимать 8 байт (4 байта — поле + 4 байта — неявное поле-указатель на т.н. «таблицу виртуальных методов»).

#ifdef __GNUC__

CONST

SEGMENT

адрес RTTI данных

.weak

_ZTV2xx

# define __cdecl

__attribute__((cdecl))

??_7xx@@6B@

DD ??_R4xx@@6B@

.section

.rodata

# define __stdcall __attribute__((stdcall))

DD ??_Exx@@UAEPAXI@Z

ZTV2xx:

адрес RTTI данных

# define __fastcall __attribute__((fastcall))

CONST

ENDS

адрес первого

.long

0

#endif

SEGMENT

.long

_ZTI2xx

традиционное соглашение

виртуального

struct xy {

??0xx@@QAE@XZ

.long

_ZN2xxD1Ev

о вызовах C++ (т.н. thiscall)

метода

int

x, y;

??0xx@@QAE@XZ PROC

; xx::xx()

.long

_ZN2xxD0Ev

в ECX передается this

(здесь: деструктора)

};

= ecx

.text

mov

eax, ecx

.globl _ZN2xxC1Ev

this

mov

DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7xx@@6B@

class xx {

_ZN2xxC1Ev:

void **vtable;

protected:

void *RTTI;

mov

DWORD PTR [eax+4], -

movl

4(%esp), %eax

int m_v;

ret

0

int m_v;

void (*)(...)

инициализация указателя

movl

$_ZTV2xx+8, (%eax)

...

??0xx@@QAE@XZ ENDP

public:

...

на таблицу виртуальных

movl

$-1, 4(%eax)

xx( void ) { m_v = -1; }

PUBLIC

??1xx@@UAE@XZ

методов

ret

virtual ~xx( void ) {}

??1xx@@UAE@XZ PROC

; xx::~xx

.globl _ZN2xxD1Ev

static long long __cdecl sumxy

mov

DWORD PTR [ecx], OFFSET ??_7xx@@6B@

_ZN2xxD1Ev:

( struct xy );

ret

0

movl

4(%esp), %eax

struct xy __stdcall getxy

??1xx@@UAE@XZ ENDP

movl

$_ZTV2xx+8, (%eax)

( int );

В GCC this передается

ret

double __fastcall getsum

как обычный аргумент

( int, double, int, double );

в стеке

};

2. Неэкземплярный метод, передача структуры в качестве аргумента, соглашение о вызовах cdecl

long long __cdecl xx::sumxy( struct xy S )

PUBLIC

?sumxy@xx@@SA_JUxy@@@Z

.globl _ZN2xx5sumxyE2xy

{

_S$ = 8

; size = 8

_ZN2xx5sumxyE2xy:

return (long long)S.x + S.y;

?sumxy@xx@@SA_JUxy@@@Z PROC

pushl

%ebx

}

mov

eax, DWORD PTR _S$[esp]

movl

12(%esp), %eax

При передаче структуры в качестве аргумента

cdq

movl

8(%esp), %ecx

вызывающий код создает в стеке на месте нужного

mov

ecx, eax

movl

аргумента временную копию структуры. В C++ это

mov

eax, DWORD PTR _S$[esp-

movl

может приводить к неявному вызову конструкторов

push

esi

esp

→ retaddr

sarl

копирования и деструкторов после выхода из

mov

esi, edx

sarl

+4

→ xy.x

вызванной функции (отдельный вопрос связан с тем —

cdq

addl

+8

→ xy.y

кто и когда должен вызывать деструкторы и какие

add

ecx, eax

adcl

...

именно).

adc

esi, edx

popl

mov

edx, esi

ret

esp

→ ebx

mov

eax, ecx

+4

→ retaddr

pop

esi

+8

→ xy.x

ret

0

+12

→ xy.y

?sumxy@xx@@SA_JUxy@@@Z ENDP

...

3. Экземплярный метод, возвращение структуры в виде результата, соглашение о вызовах stdcall

struct xy __stdcall xx::getxy( int v )

PUBLIC

?getxy@xx@@QAG?AUxy@@H@Z

.globl _ZN2xx5getxyEi

{

_this$ = 8

; size = 4

_ZN2xx5getxyEi:

struct xy

R;

___$ReturnUdt$ = 12

; size = 4

movl

8(%esp), %edx

_v$ = 16

; size = 4

movl

4(%esp), %eax

R.x = m_v;

?getxy@xx@@QAG?AUxy@@H@Z PROC

%edx

R.y = v;

mov

eax, DWORD PTR _this$[esp-4]

(%eax)

return R;

mov

ecx, DWORD PTR [eax+4]

%edx

}

mov

eax, DWORD PTR ___$ReturnUdt$[esp-

4(%eax)

Память для возвращаемой структуры выделяет

mov

edx, DWORD PTR

вызывающий код, предавая адрес выделенной

mov

DWORD PTR [eax],

esp

→ retaddr

области в виде неявного аргумента функции. Таким

mov